《STM32F407 探索者开发指南》第四十四章 磁力计实验

正点原子运营

第四十四章 磁力计实验

1）实验平台：正点原子探索者STM32F407开发板

2) 章节摘自【正点原子】STM32F407开发指南 V1.1

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294673401

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32f407_explorerV3.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）STM32技术交流QQ群:151941872

探索者STM32F407开发板自带了ST480MC传感器。本章，我们将介绍如何使用磁力计ST480MC，将读取到的XYZ原始数据显示到LCD，并将XY数据转换为XY平面的方位角（角度范围0~360°，正北方向为0°）、将读取到的T转换为温度显示到LCD。本章分为如下几个小节：

本章分为如下几个小节：

44.1 ST480MC介绍

44.2 硬件设计

44.3 程序设计

44.4 下载验证

44.1 ST480MC介绍
44.1.1 ST480MC简介

ST480MC是一款由Sendia公司生产的三轴电子磁力计，内部进行信号处理，通过IIC接口进行输出。ST480MC提供的输出信号与它在XYZ方向上测量的磁场成比例，如果需要消除比例因子，需要用户自行校准。ST480MC主要特点如下：

1）测量范围：最大±48高斯

2）高分辨率：0.15μT/LSB(X/Y轴)，0.25μT/LSB(Z轴)

3）高灵敏度：X/Y轴灵敏度：667 LSBs/Gauss，Z轴灵敏度：400 LSBs/Gauss

4）工作温度范围：-40~+85℃

5）供电电压：2.2~3.6V

6）16位ADC采样

7）内部带有温度传感器

8）支持中断

ST480MC传感器的检测轴如图44.1.1.1所示：                                 

图44.1.1.1 ST480MC检测轴与方向

在ST480MC传感器，通过MUX选择器选择采集的是X、Y、Z的数据，然后通过16位ADC获取X、Y、Z的数据，同样，传感器的温度也是通过ADC采集，采集到的数据通过IIC接口进行输出。ST480MC内部也有供给用户读写的EEPROM区域，在本实验中有读写ST480MC内部EEPROM的接口，但是没有用到，感兴趣的可以自行研究。ST480MC内部结构图如图44.1.1.2所示：     

图44.1.1.2 ST480MC内部结构图

图44.1.1.2中SDA和SCLK是连接MCU的IIC接口，ST480MC的8pin WLCSP封装只支持IIC协议，QFN封装支持IIC/SPI协议，这里我们主要介绍使用IIC驱动ST480MC。

每一个IIC设备都有自己的设备地址，ST480MC也不例外，ST480MC的设备地址是包括不可编程部分和可编程部分，可编程部分是根据上图的硬件引脚A0所决定。设备地址最后一位用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作，0是写操作，1是读操作，具体格式如下图44.1.1.4所示：     

图44.1.1.4 ST480MC设备地址格式图

本实验将A0接地，那么设备地址（不包含R/W位）为0x0C，读设备地址（R/W位:1）为0x19，写设备地址（R/W位:0）为0x18。

44.1.2 ST480MC工作模式简介

接下来我们分别ST480MC三种工作模式：单次测量模式、突发模式、唤醒模式。

1. 单次测量模式

当ST480MC设置为该模式（或第一次启动）时，ST480MC进入空闲状态，等待主机发出命令执行特定采集。在接收到主机的查询命令后，ST480MC进行数据采集，然后返回ST480MC的状态和采集的数据，最后返回睡眠模式，直到下次主机查询。

2. 突发模式

当ST480MC设置为突发模式后，就会不断转换XYZT数据，转换完成后INT引脚为高电平，如果还没有转换完成，INT引脚则为低电平（必须在数据转换完成后才能读取到数据）。

3. 唤醒模式

当ST480MC设置为唤醒模式后，在超过设定的阈值后，INT引脚为高电平，如果没有超过设定的阈值，INT引脚为低电平。

44.1.3 ST480MC寄存器简介

在这里简单介绍一下ST480MC比较重要的命令。

l  命令列表

ST480MC只监听一组命令，除复位命令外，所有命令都会生成一个可读取的状态字节，描述如下表所示：

表44.1.3.1 ST480MC命令列表

所有模式启动命令（SB/SW/SM）中的参数是半个字节，指定传感器按顺序执行的转换《zyxt》，在后面的程序中，我们只使用了SM命令。如果要测量zyxt数据，就得把对应的位置1，即zyxt为1111。假如说不需要某一项的数据，则将对应的位清零即可。

l  状态字节

状态字节是ST480MC响应主机发出的命令而发送的第一个字节，各位描述如下图所示：

图44.1.3.1 ST480MC状态字节

1）3个MODE位：MODE位与我们设置的模式有关。本实验设置为单次测量模式，对应MODE位为001。

2）ERROR位：如果命令被拒绝或在存储器中检测到不可纠正的错误，则该位为1，否则为0。

3）SED位：如果标记非易失性存储中的位错误已被纠正，则该位为1，否则为0。

4）RS位：每当ST480MC复位时，该位为1，否则为0。

5）D[1:0]位:仅在RM（ReadMeasurement）命令有意义，此数据作为ST480MC的响应，响应字节数对应2*D[1:0]+2，因此响应字节数为2、4、6或8。

l  寄存器映射关系

ST480MC有10个16位的非易失性存储寄存器，以及相同数量的易失性存储器，RR和WR命令只影响易失性存储器，无法直接访问非易失性存储器。易失性存储寄存器映射关系如下图所示（Address[1:0]=0x00）：

图44.1.3.2 ST480MC寄存器映射关系图

44.1.4 ST480MC工作时序简介

在探索者STM32F407开发板的上，A0是接GND的，所以ST480MC的设备地址是0x0C（不含最低位）。在前面我们已经介绍过IIC总线的基本读写，所以我们只介绍ST480MC的数据传输时序（橙色代表主机发送，蓝色代表从机发送）。

下面把实验中到的数据传输时序讲解一下，分别是对ST480MC的写时序和读时序。ST480MC写寄存器时序图如图44.1.4.1所示：

图44.1.4.1 ST480MC写时序图

上图展示的主机向ST480MC写操作时序图，主机发送开始信号，主机在IIC总线发送第1个字节的数据为ST480MC的写设备地址0x18，等待ST480MC的应答信号，用于寻找总线上找到ST480MC，等待ST480MC的应答信号在获得ST480MC的应答信号之后，继续发送第2个字节数据，该字节数据是ST480MC的写寄存器命令，再等到ST480MC的应答信号，主机开始发送1个字节的写数据的高八位，然后等待ST480MC的应答信号，继续发送1个字节的写数据的低八位，然后等待ST480MC的应答信号。最后发送1个字节的待写入寄存器地址，等待ST480MC的应答信号。最后发出停止信号，终止数据传输。

说完寄存器写入方式之后，下面看一下图44.1.4.2关于ST480MC的读寄存器时序。

图44.1.4.2 ST480MC读寄存器时序图

ST480MC读取寄存器的过程是一个复合的时序，其中包含写时序和读时序。先看第一个通信过程，这里是写时序，起始信号产生后，主机发送ST480MC写设备地址0x18，获取ST480MC的应答信号后，接着发送需要读取命令，等待ST480MC的应答信号；发送读寄存器地址，获取ST480MC的应答信号后，重新产生起始信号；主机发送ST480MC读设备地址0x19,获取从机应答信号后，接着从机返回刚刚在写时序中内存地址的数据，以字节为单位传输在总线上，假如主机获取数据后返回的是应答信号，那么从机会一直传输数据，这里我们读取一个寄存器的地址，所以返回的是状态寄存器State和寄存器的高八位和低八位；当主机发出停止信号，从机就会结束传输。

ST480MC读取数据过程与读取寄存器过程十分相似，少了发送read commond步骤，ST480MC读数据时序图如图44.1.4.3所示：

图44.1.4.2 ST480MC读数据时序图

ST480MC读取数据的过程也是一个复合的时序，其中包含写时序和读时序。先看第一个通信过程，这里是写时序，起始信号产生后，主机发送ST480MC写设备地址0x18，获取ST480MC的应答信号后，接着发送读寄存器地址，获取ST480MC的应答信号后，重新产生起始信号；主机发送ST480MC读设备地址0x19,获取从机应答信号后，接着从机返回刚刚在写时序中内存地址的数据，以字节为单位传输在总线上，假如主机获取数据后返回的是应答信号，那么从机会一直传输数据，这里我们读取N个寄存器的地址，所以返回的是状态寄存器State和N个寄存器的高八位和低八位；当主机发出停止信号，从机就会结束传输。

44.2 硬件设计
1. 例程功能

开机的时候先检测ST480MC是否存在，在检测到ST480MC之后，可以通过KEY0进入校准模式，KEY_UP结束校准。在初始化完成后（必须进入一次校准，不然数据不是准确的数据），就会不断的读取ST480MC的数据，同时在LCD上面显示相关信息。LED0闪烁用于提示程序正在运行。

2. 硬件资源

1）LED灯

LED0 – PF9

2 ) 独立按键

KEY0 – PE4

KEY_UP – PA0

3）正点原子 2.8/3.5/4.3/7寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动)

4）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)

5）磁力计 ST480MC

3. 原理图

我们主要来看看ST480MC和开发板的连接，如下图所示：     

图44.2.3.1 ST480MC连接原理

ST480MC的SCL和SDA分别连接在STM32的PB8和PB9上。本实验通过软件模拟IIC信号建立起与ST480MC的通信，进行数据发送与接收，LCD屏幕进行显示。通过原理图可知本实验使用的ST480MC没有INT引脚，所以源码里面只使用单次测量模式读取数据。

44.3 程序设计
44.3.1 程序流程图

图44.3.1.1 磁力计实验程序流程图

44.3.2 程序解析

本实验中，我们通过GPIO来模拟IIC，所以不需要在Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver分组下添加IIC的HAL库文件支持。实验工程中，我们复制IIC实验工程，重命名为磁力计实验，新增st480mc.c文件存放ST480MC驱动。

1. ST480MC驱动代码

这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。ST480MC驱动源码包括两个文件：st480mc.c和st480mc.h。

在IIC实验中已经对IIC协议中的需要用到的信号都用函数封装好了，那么现在就要定义符合ST480MC时序的函数。为了使代码功能更加健全，所以在st480mc.h中宏定义了ST480MC的相关寄存器，具体定义如下：

1. #define ST480MC_ADDR             0X0C     /* ST480MC IIC器件地址(A0 = 0时) */
   
2. #define ST480MC_RESET            0XF0     /* ST480MC 复位命令 */
   
3. #define ST480MC_READ_REG        0x50     /* ST480MC 读寄存器 */
   
4. #define ST480MC_WRITE_REG       0x60     /* ST480MC 写寄存器 */
   
5. #define ST480MC_READ_DATA       0x4F     /* ST480MC 读取全部数据(zxyt) */
   
6. #define ST480MC_BURST_MODE      0x1F     /* ST480MC 突发模式读取数据(zxyt) */
   
7. #define ST480MC_SINGLR_MODE     0x3F     /* ST480MC 单次测量读取数据(zxyt) */
   
8. #define ST480MC_SENS_XY         667      /* X,Y 轴灵敏度; 单位:  LSB/Gauss */
   
9. #define ST480MC_SENS_Z          400      /* Z 轴灵敏度     单位:  LSB/Gauss */

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下面先看一下st480mc_read_nbytes函数，实现从ST480MC芯片指定地址读取N字节数据，代码如下：

1. /**
   
2. *@brief        从ST480MC读取N字节数据
   
3. *  @note       ST480MC的命令发送,也是用该函数实现(不带参数的命令, 也会有一个状态寄存器需
   
4. *                要读取)
   
5. *@param        addr    : 寄存器地址/命令
   
6. *@param        length  : 读取长度
   
7. *@param        buf     : 数据存储buf
   
8. *@retval       0, 操作成功
   
9. *               其他, 操作失败
   
10. */
    
11. uint8_t st480mc_read_nbytes(uint8_t addr, uint8_t length, uint8_t *buf)
    
12. {
    
13.     uint8_t i;
    
14.    iic_start();
    
15.    iic_send_byte((ST480MC_ADDR << 1) | 0X00);  /* IIC地址最低位是0, 表示写入 */
    
16.     if (iic_wait_ack())
    
17.     {
    
18.        iic_stop();
    
19.        return 1;
    
20.     }
    
21.    iic_send_byte(addr);                          /* 写地址/命令 */
    
22.    iic_wait_ack();
    
23.    iic_start();
    
24.    iic_send_byte((ST480MC_ADDR << 1) | 0x01);  /* IIC地址最低位是1, 表示读取 */
    
25.    iic_wait_ack();
    
26.     for (i = 0; i < length; i++)                 /* 循环读取 数据 */
    
27.     {
    
28.        buf = iic_read_byte(1);
    
29.     }
    
30.    iic_stop();
    
31.     return 0;
    
32. }

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该函数首先调用iic_start函数产生起始信号，然后调用iic_send_byte函数发送第1个字节数据设备写地址，等待ST480MC设备返回应答信号；收到应答信号后，继续发送第2个1字节数据内存地址addr；等待接收应答后，发送第3个1字节数据设备读地址；最后ST480MC最先收到的是状态字节（一个字节），随后是读取的数据（数据都是两个字节），返回应答信号，主机调用iic_stop函数产生停止信号终止数据传输，等待ST480MC读取完毕。

接下来看一下st480mc_write_register函数，实现从ST480MC芯片指定地址写入数据，其定义如下：

1. /**
   
2. *@brief        ST480MC写寄存器
   
3. *@param        reg    : 寄存器地址
   
4. *@param        data  : 写入的值
   
5. *@retval       0, 操作成功
   
6. *               其他, 操作失败
   
7. */
   
8. uint8_t st480mc_write_register(uint8_t reg, uint16_t data)
   
9. {
   
10.    iic_start();
    
11.    iic_send_byte((ST480MC_ADDR << 1) | 0X00); /* IIC地址最低位是0, 表示写入 */
    
12.     if (iic_wait_ack())
    
13.     {
    
14.        iic_stop();
    
15.        return 1;
    
16.     }
    
17.    iic_send_byte(ST480MC_WRITE_REG);           /* 发送写寄存器命令 */
    
18.    iic_wait_ack();
    
19.    iic_send_byte(data >> 8);                    /* 发送高字节数据 */
    
20.    iic_wait_ack();
    
21.    iic_send_byte(data & 0XFF);                  /* 发送低字节数据 */
    
22.    iic_wait_ack();
    
23.    iic_send_byte(reg << 2);                      /* 发送寄存器地址(低2位默认是0) */
    
24.    iic_wait_ack();
    
25.    iic_stop();
    
26.     return 0;
    
27. }

复制代码

该函数首先调用iic_start函数产生起始信号，然后调用iic_send_byte函数发送第1个字节数据设备写地址，等待ST480MC设备返回应答信号；收到应答信号后，继续发送第2个1字节写入数据内存地址ST480MC_WRITE_REG；等待接收应答后，发送第3个1字节数据写入内存地址的数据data高字节；等待接收应答后，发送第4个1字节数据写入内存地址的数据data低八位；等待接收应答后，发送第5个1字节数据写入内存地址的数据，因为数据地址的低2位为00，所以寄存器左移两位即：reg<<2；ST480MC设备写完数据，返回应答信号，主机调用iic_stop函数产生停止信号终止数据传输，等待ST480MC写入完毕。

介绍完写寄存器函数，那么我们接下来开始介绍st480mc_read_register函数，实现ST480MC内部寄存器的读取，代码如下：

1. /**
   
2. *@brief        ST480MC读寄存器
   
3. *@param        reg  : 寄存器地址
   
4. *@retval       读取到的值
   
5. *               0XFFFF, 则可能表示错误
   
6. */
   
7. uint16_t st480mc_read_register(uint8_t reg)
   
8. {
   
9.     uint8_t buf[3];
   
10.     uint8_t i;
    
11.    iic_start();
    
12.    iic_send_byte((ST480MC_ADDR << 1) | 0X00);  /* IIC地址最低位是0, 表示写入 */
    
13.    iic_wait_ack();
    
14.    iic_send_byte(ST480MC_READ_REG);            /* 发送读寄存器命令 */
    
15.    iic_wait_ack();
    
16.    iic_send_byte(reg << 2);                      /* 发送寄存器地址(低2位默认是0) */
    
17.    iic_wait_ack();
    
18.    
    
19.    iic_start();
    
20.    iic_send_byte((ST480MC_ADDR << 1) | 0x01);  /* IIC地址最低位是1, 表示读取 */
    
21.    iic_wait_ack();
    
22.     for (i = 0; i < 3; i++)                       /* 循环读取 数据 */
    
23.     {
    
24.        buf = iic_read_byte(1);
    
25.     }
    
26.    iic_stop();
    
27.    
    
28.     if(buf[0] & 0X10)
    
29.     {
    
30.        return 0XFFFF;
    
31.     }
    
32.     return ((uint16_t)buf[1] << 8) | buf[2];   /* 返回寄存器数据(16位) */
    
33. }

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该函数与我们介绍第一个函数相似，首先调用iic_start函数产生起始信号，然后调用iic_send_byte函数发送第1个字节数据设备写地址，等待ST480MC设备返回应答信号；收到应答信号后，继续发送第2个1字节数据内存地址reg<<2（读取地址的低2位也为00）；等待接收应答后，发送第3个1字节数据设备读地址；最后ST480MC设备接收完数据（一个状态字节和一个两字节的数据），返回应答信号，主机调用iic_stop函数产生停止信号终止数据传输，等待ST480MC读取完毕。

最后，我们介绍三个读取数据函数，代码如下：

1. /**
   
2. *@brief        ST480MC使用单次模式 读取一次磁力计数据(只读 X,Y,Z轴数据),读取一次至少
   
3. *                15ms以上!
   
4. *  @note       一次性读取XYZT，需要时间为： Tstby + Tactive + m * Tconvm + Tconvt
   
5. *               Tstby    : 从IDLE状态到待机状态时间, 250us
   
6. *               Tactive : 待机到激活状态时间, 8us
   
7. *               Tconvm   : 单轴转换时间, (2 + 2^DIG_FILT) * 2^OSR * 0.064 ms, 其中
   
8. *               DIG_FILT默认为2, OSR默认为0
   
9. *               Tconvt   : 温度转换时间, 2^OSR2 * 0.192ms, OSR2默认为0
   
10. *               因此, 一次性读取XYZT所需总时间为 = 0.25 + 0.008 + 3 * (2 + 2^2) *
    
11. *                                                   2 ^ 0* 0.064+ 2^0 * 0.192 ≈ 1.6ms
    
12. *               但是, ST480MC有个IDLE TO DATA READY的时间 : Tconv, 这个一般需要
    
13. *                 16ms, 所以, 一次转换到数据读取, 基本要18ms左右
    
14. *
    
15. *@param        pmagx   : X轴磁力计原始值指针
    
16. *               pmagy   : Y轴磁力计原始值指针
    
17. *               pmagz   : Z轴磁力计原始值指针
    
18. *@retval       0, 成功
    
19. *               其他, 异常
    
20. */
    
21. uint8_t st480mc_read_magdata(int16_t *pmagx, int16_t *pmagy, int16_t *pmagz)
    
22. {
    
23.     uint8_t buf[7];
    
24.     /*发送单次测量命令(不测量温度) */
    
25.    st480mc_read_nbytes(ST480MC_SINGLR_MODE & 0XFE, 1, buf);
    
26.    delay_ms(15);        /* 延时15ms,基本能争取读取数据 */
    
27.     /* 发送读取数据命令(不读取温度) */
    
28.    st480mc_read_nbytes(ST480MC_READ_DATA & 0XFE, 7, buf);
    
29.     if(buf[0] & 0X10)   /* 读取数据异常 */
    
30.     {
    
31.        return buf[0];   /* 发生错误了 */
    
32.     }
    
33.     else
    
34.     {
    
35.        *pmagx = (short int)(buf[1] << 8) | buf[2];     /* 组合数据 */
    
36.        *pmagy = (short int)(buf[3] << 8) | buf[4];     /* 组合数据 */
    
37.        *pmagz = (short int)(buf[5] << 8) | buf[6];     /* 组合数据 */
    
38.     }
    
39.     return 0;
    
40. }
    
41. /**
    
42. *@brief       ST480MC使用单次模式 读取一次温度传感器, 读取一次至少15ms以上!
    
43. *  @note       一次性读取XYZT，需要时间为： Tstby + Tactive + m * Tconvm + Tconvt
    
44. *               Tstby   : 从IDLE状态到待机状态时间, 250us
    
45. *               Tactive : 待机到激活状态时间, 8us
    
46. *               Tconvm  : 单轴转换时间, (2 + 2^DIG_FILT) * 2^OSR * 0.064 ms, 其中
    
47. *               DIG_FILT默认为2, OSR默认为0
    
48. *               Tconvt  : 温度转换时间, 2^OSR2 * 0.192ms, OSR2默认为0
    
49. *               因此, 一次性读取XYZT所需总时间为 = 0.25 + 0.008 + 3 * (2 + 2^2) *
    
50. *                                                    2^0 * 0.064 + 2^0 * 0.192 ≈1.6ms
    
51. *               但是, ST480MC有个IDLE TO DATA READY的时间: Tconv, 这个一般需要16ms,
    
52. *               所以,一次转换到数据读取, 基本要18ms左右
    
53. *
    
54. *@param        ptemp   : 温度值(℃)指针
    
55. *@retval       0, 成功
    
56. *               其他, 异常
    
57. */
    
58. uint8_t st480mc_read_temperature(float *ptemp)
    
59. {
    
60.     uint8_t buf[9];
    
61.    st480mc_read_nbytes(ST480MC_SINGLR_MODE, 1, buf); /* 发送单次测量命令(含温度) */
    
62.    delay_ms(15);        /* 延时15ms,基本能争取读取数据 */
    
63.    st480mc_read_nbytes(ST480MC_READ_DATA, 9, buf);   /* 发送读取数据命令(含温度) */
    
64.     if(buf[0] & 0X10)   /* 读取数据异常 */
    
65.     {
    
66.        return buf[0];   /* 发生错误了 */
    
67.     }
    
68.     else
    
69.     {
    
70.        *ptemp = (uint16_t)(buf[1] << 8) | buf[2];    /* 得到温度传感器原始值 */
    
71.        *ptemp = (*ptemp - 46244) / 45.2f + 25;  /* 根据原厂提供的计算公式,换算成℃ */
    
72.     }
    
73.     return 0;
    
74. }
    
75. /**
    
76. *@brief        ST480MC读取磁力计数据(只读 X,Y,Z轴数据),读times次取平均
    
77. *  @note         本函数耗时 ≈ 15 * times ms
    
78. *
    
79. *@param        pmagx   : X轴磁力计原始值指针
    
80. *               pmagy    : Y轴磁力计原始值指针
    
81. *               pmagz    : Z轴磁力计原始值指针
    
82. *               times    : 读取多少次取平均
    
83. *@retval       0, 成功
    
84. *               其他, 异常
    
85. */
    
86. uint8_t st480mc_read_magdata_average(int16_t *pmagx, int16_t *pmagy,
    
87.                                              int16_t *pmagz, uint8_t times)
    
88. {
    
89.     uint8_t i = 0;
    
90.     uint8_t error_cnt = 0;
    
91.     int32_t magx = 0;
    
92.     int32_t magy = 0;
    
93.     int32_t magz = 0;
    
94.     while(i < times)    /* 连续读取times次 */
    
95.     {
    
96.        if(st480mc_read_magdata(pmagx, pmagy, pmagz) == 0)   /* 读取数据是否正常? */
    
97.        {
    
98.            magx += *pmagx;            /* 累加 */
    
99.            magy += *pmagy;
    
100.            magz += *pmagz;
     
101.            
     
102.            i++;
     
103.            error_cnt = 0;
     
104.        }else
     
105.        {
     
106.            error_cnt++;               /* 错误计数器 */
     
107.            delay_ms(10);
     
108.            if(error_cnt > 100)       /* 连续100次出错, 直接返回异常 */
     
109.            {
     
110.                 return 0XFF;
     
111.            }
     
112.        }
     
113.     }
     
114.    
     
115.     *pmagx = magx / times;   /* 取平均值 */
     
116.     *pmagy = magy / times;   /* 取平均值 */
     
117.     *pmagz = magz / times;   /* 取平均值 */
     
118.    
     
119.     return 0;
     
120. }

复制代码

st480mc_read_magdata函数：首先设置为单次模式，然后读取一次磁力计的x，y，z轴原始数据，iic数据有7位：status，x高八位，x低八位，y高八位，y低八位，z高八位，z低八位，。

st480mc_read_temperature函数：在单次模式下，读取一次转换后的温度数据。

st480mc_read_magdata_average函数：调用st480mc_read_magdata函数，读取多次磁力计的x，y，z轴原始数据，取平均值。

我们在main函数主要调用st480mc_read_temperature函数和st480mc_read_magdata_average函数实现读取磁力计的数据。

2. main.c代码

我们读取到的x，y，z轴数据是原始数据，此时的数据还不能直接用作方位角的计算，因为此时的磁力计可能受到其他一些磁性材料的影响，导致圆心坐标偏移，所以我们要对磁力计进行校准，将漂移值移除，使圆心回到原点。

常用校准方法有：平面校准法、立体八字校准法、十面校准法。本实验采用平面校准法，针对XY轴进行校准，将开发板在XY平面内旋转一周，等价于将地球磁场矢量绕着点O(x0,y0)（即圆心）垂直于XY平面的法线旋转，这样就可以得到圆心的位置x_offeset = (x_max + x_min) / 2，y_offeset = (y_max + y_min) / 2。立体八字校准法与十面校准法我们不做介绍，感兴趣的可以自己去了解一下。

我们以XY平面为例，假设圆心O点发生了偏移，如图44.3.2.2.1所示：     

图44.3.2.2.1 圆心偏移示意图

我们校准后，使得圆心O点回到零点（0，0），如图44.3.2.2.2所示：     

图44.3.2.2.2 圆心在零点示意图

最后，我们打开main.c，这里就不全部贴出来了，仅介绍三个重要函数：

1. /**
   
2. *@brief       罗盘(磁力计)校准函数
   
3. *  @note       这里我们使用最简单的平面校准方法.
   
4. *               进入此函数后,请水平转动开发板至少一周(360°),转动完成后, 按WKUP键退出!
   
5. *@param        无
   
6. *@retval       无
   
7. */
   
8. voidcompass_calibration(void)
   
9. {
   
10.     int16_t x_min = 0;
    
11.     int16_t x_max = 0;
    
12.     int16_t y_min = 0;
    
13.     int16_t y_max = 0;
    
14.     int16_t magx, magy, magz;
    
15.     uint8_t res;
    
16.     uint8_t key = 0;
    
17.    
    
18.    lcd_clear(WHITE);
    
19.    lcd_show_string(10, 90, 240, 16, 16, "CompassCalibration", RED);
    
20.    lcd_show_string(10, 110, 240, 16, 16, "Pls rotatehoriz one cycle!", RED);
    
21.    lcd_show_string(10, 130, 240, 16, 16, "If done,press WKUP key!", RED);
    
22.    
    
23.     while (1)
    
24.     {
    
25.        key = key_scan(0);
    
26.       
    
27.        if (key == WKUP_PRES)    /* 结束校准 */
    
28.        {
    
29.            break;
    
30.        }
    
31.       
    
32.        res =st480mc_read_magdata(&magx, &magy, &magz);    /* 读取数据 */
    
33.       
    
34.        if (res == 0)
    
35.        {
    
36.            x_max = x_max < magx ? magx : x_max;              /* 记录x最大值 */
    
37.            x_min = x_min > magx ? magx : x_min;              /* 记录x最小值 */
    
38.            y_max = y_max < magy ? magy : y_max;              /* 记录y最大值 */
    
39.            y_min = y_min > magy ? magy : y_min;              /* 记录y最小值 */
    
40.        }
    
41.       
    
42.        LED0_TOGGLE();      /* LED0闪烁,提示程序运行 */
    
43.     }
    
44.    
    
45.    g_magx_offset = (x_max + x_min) / 2;    /* X轴偏移量 */
    
46.    g_magy_offset = (y_max + y_min) / 2;    /* Y轴偏移量 */
    
47.    
    
48.     /* 串口打印水平校准相关参数 */
    
49.    printf("x_min:%d\r\n", x_min);
    
50.    printf("x_max:%d\r\n", x_max);
    
51.    printf("y_min:%d\r\n", y_min);
    
52.    printf("y_max:%d\r\n", y_max);
    
53.    
    
54.    printf("g_magx_offset:%d\r\n", g_magx_offset);
    
55.    printf("g_magy_offset:%d\r\n", g_magy_offset);
    
56. }
    
57. /**
    
58. *@brief       罗盘获取角度
    
59. *  @note      获取当前罗盘的角度(地磁角度)
    
60. *@param       无
    
61. *@retval      角度
    
62. */
    
63. floatcompass_get_angle(void)
    
64. {
    
65.     float angle;
    
66.     int16_t magx, magy, magz;
    
67.     /* 读取原始数据, 10次取平均 */
    
68.    st480mc_read_magdata_average(&magx, &magy, &magz, 10);
    
69.    
    
70.    magx = (magx - g_magx_offset) ;     /* 根据校准参数, 计算新的输出 */
    
71.    magy = (magy - g_magy_offset) ;     /* 根据校准参数, 计算新的输出 */
    
72.     /* 根据不同的象限情况, 进行方位角换算 */
    
73.     if ((magx > 0) && (magy > 0))
    
74.     {
    
75.        angle = (atan((double)magy / magx) * 180) / 3.14159f;
    
76.     }
    
77.     else if ((magx > 0) && (magy < 0))
    
78.     {
    
79.        angle = 360 + (atan((double)magy / magx) * 180) / 3.14159f;
    
80.     }
    
81.     else if ((magx == 0) && (magy > 0))
    
82.     {
    
83.        angle = 90;
    
84.     }
    
85.     else if ((magx == 0) && (magy < 0))
    
86.     {
    
87.        angle = 270;
    
88.     }
    
89.     else if (magx < 0)
    
90.     {
    
91.        angle = 180 + (atan((double)magy / magx) * 180) / 3.14159f;
    
92.     }
    
93.    
    
94.     if (angle > 360) angle = 360;   /* 限定方位角范围 */
    
95.     if (angle < 0) angle = 0;        /* 限定方位角范围 */
    
96.     return angle;
    
97. }
    
98. int main(void)
    
99. {
    
100.     uint8_t t = 0;
     
101.     uint8_t key;
     
102.     float angle;
     
103.     float temperature;
     
104.     int16_t magx, magy, magz;
     
105.    HAL_Init();                              /* 初始化HAL库 */
     
106.    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 设置时钟,168Mhz */
     
107.    delay_init(168);                       /* 延时初始化 */
     
108.    usart_init(115200);                    /* 串口初始化为115200 */
     
109.    usmart_dev.init(84);                  /* 初始化USMART */
     
110.    led_init();                             /* 初始化LED */
     
111.    key_init();                             /* 初始化按键 */
     
112.    lcd_init();                             /* 初始化LCD */
     
113.     while (st480mc_init())                /* ST480MC初始化 */
     
114.     {
     
115.        lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ST480MCError", RED);
     
116.        delay_ms(200);
     
117.        lcd_fill(30, 110, 239, 130 + 16, WHITE);
     
118.        delay_ms(200);
     
119.     }
     
120. RST:
     
121.    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
     
122.    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ST480MCTEST", RED);
     
123.    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
     
124.    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0 tocalibration", RED);
     
125.     while (1)
     
126.     {
     
127.        key = key_scan(0);
     
128.       
     
129.        if (key == KEY0_PRES)        /* KEY0 按下 ,执行校准 */
     
130.        {
     
131.            compass_calibration();   /* 校准函数 */
     
132.            lcd_clear(WHITE);         /* 清屏 */
     
133.            goto RST;                   /* 校准完后,跳到RST, 重新显示提示信息 */
     
134.        }
     
135.       
     
136.        delay_ms(10);
     
137.        t++;
     
138.       
     
139.        if (t == 20)    /* 0.2秒左右更新一次温度/磁力计原始值 */
     
140.        {        
     
141.            angle =compass_get_angle();                   /* 执行一次约150ms */
     
142.            user_show_angle(30, 130, angle);               /* 显示角度 */
     
143.       
     
144.            st480mc_read_temperature(&temperature);      /* 读取温湿度值 */
     
145.            user_show_temprate(30, 150, temperature);    /* 显示温度 */
     
146.            
     
147.            st480mc_read_magdata(&magx, &magy, &magz);   /* 读取原始数据 */
     
148.            user_show_mag(30, 170, "MagX:", magx);       /* 显示magx */
     
149.            user_show_mag(30, 190, "MagY:", magy);       /* 显示magy */
     
150.            user_show_mag(30, 210, "MagZ:", magz);       /* 显示magz */
     
151.            
     
152.            t = 0;
     
153.            LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁 */
     
154.        }
     
155.     }
     
156. }

复制代码

下面分别介绍一下这三个函数。

compass_calibration，该函数用于校准磁力计ST480MC，校准方法采用的是我们前面介绍的平面校准法，校准完成后的偏移量offeset存到全局变量g_magx_offset和g_magy_offset。

compass_get_angle，该函数用于计算XY平面的方位角angle。首先，获取x，y，z的原始数据，然后x和y加上校准完成后的偏移量，最后再计算XY平面的方位角angle，atan求出来的角度范围-90°~+90°，所以想要得到0°~360°，我们进行方位角计算式，就要根据x，y判断象限，不同象限的情况下进行不同的计算。

main函数，则比较简单，初始化相关外设，在循环中不断获取磁力计数据，并在LCD上显示数据；我们可以通过按键KEY0进入校准模式，KEY_UP退出校准模式。

44.4 下载验证

在代码编译成功后，我们通过下载代码到开发板上，可以看到LED0不停闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示磁力计的MagX，MagY，MagZ原始数据和计算后的Angle，Temp数据，如图44.4.1所示：     

图44.4.1 程序运行效果图

按下KEY0，进入校准模式，如图44.4.2所示：     

图44.4.2 校准模式效果图

退出校准模式后，可以与手机指南针的航向角进行对比，如果发现误差较大，则需要再次进行校准。